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基础知识

八段数码管

数码管也称LED数码管，按段数可分为七段数码管和八段数码管。八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元，也就是多一个小数点(DP)这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容;按能显示多少个(8)可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。

八段数码管

按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

以八段共阴数码管显示“2”举例，如上图显示2需要点亮a、b、g、e、d这五个LED，其余LED全部熄灭。所以输出信号应该输出的数据是01011011。显示其余数字也是类似的原理，而dp一般是用作小数点处理，不需要的时候一般都不点亮这个LED。

数码管各个LED灯编号名称

实验平台采用的八段数码管控制电路如图所示：

八段数码管电路控制图

实验原理

(1)获取一秒钟的频率，可以直接使用宏模块LPM_COUNTER计数器对时钟进行分频。已知一秒钟的频率为1Hz，系统时钟频率为50MHz，则使用宏模块LPM_COUNTER计数器进行分频 50000000 /1=50000000, 但是得到的数字不是2的幂次方，则我们取 2^26 大于 50000000 即可，同时可以在宏模块内部选择在模为50000000，这样可以在时钟到达了1Hz的频率时自动清零重新计数。

LPM_COUNTER

调整频率占空比。占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率，方波的占空比为50％，占空比为0.5,说明正电平所占时间为0.5个周期。若信号的周期为T，每周期高电平时间为t1，低电平时间为t2，T=t1+t2,则占空比D=t1/T。获取一秒钟频率之后，考虑到其占空比较大，频率闪烁较快，所以直接使用宏模块LPM_COMPARE比较器将其占空比调整为50%，当比较器“小于”50%的频率时，输出端获取合适的占空比。

LPM_COMPARE

在实际的应用中会发现：将如上两个器件相连接，输入系统时钟的频率，也不能得到想要的一秒钟频率，但是逻辑上找不出其生产不出一秒钟在的频率的原因。此时联合实际生产要知道：实际的器件在生成波形时，会产生小毛刺，这是电平信号出现一段不确定的波形，使得波形处于一种未知的状态。为消除毛刺带来的不确定性，所以使用D触发器来消抖。

D触发器

(2)制作秒表所需要0 ~ 59 的数字可以使用加法计数器生成。74163作为计数器，具有同步清零、同步置数的功能，其具体的功能如74163功能表所示。其中LDN为同步置数控制端，A ~ D为四位预置数据输入，ENT和ENP为计数控制端，CLRN为异步清零端，QA~QD为四位计数器的状态，ECO为计数器进位输出端。

74163

74163功能表

作为秒表个位需逢九归零，意为：当秒表的个位同步计数到“9”时，下一位数就要清零，从“0”开始。而秒表的十位需不见六，意为：当秒表走到“59”时，需都清零回到“00”的状态，不能看见“60” 。

(3)动态扫描是：多个数码管显示数字的时候，我们实际上是轮流点亮数码管（一个时刻内只有一个数码管是亮的），利用人眼的视觉暂留现象（也叫余辉效应），就可以做到看起来是所有数码管都同时亮了。我们利用数据选择器实现数据选择，完成两个数字轮流亮起。

通过LPM_MUX多路选择器将数据输出到八段数码管中，当输入的时钟频率切换较快时，就可以达成动态扫描的效果。秒表需要输入到多路选择器data0x~data1x的数据包括当前计数器上QA ~ QD的秒表个位与十位的状态，和秒表计数器个位与十位在八段数码管所显示的位置信息；通过sel端口输入时钟选择数据，再从result端口输出数据，达到多个数码管轮流显示的效果。